[发明专利]一种分布式聚光分光的太阳能综合利用系统

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能综合利用技术领域，尤其涉及一种分布式聚光分光的太阳能综合利用系统。

背景技术

目前我国的设施农业栽培总面积已经达到了世界第一，温室大棚的出现使得人们几乎可以在一年四季中都能够吃到新鲜的蔬菜和瓜果，极大地方便了人们的饮食生活。近年来在各地农机等部门积极的积极推广下，我国设施农业取得了快速发展，社会经济效益显著。另一方面，光伏产业具有可再生、充足、安全、清洁等特点，各国相继投入大量资金，出台了各种政策进行支持，目前光伏太阳能产业正处于发展的快车道，表现在产量的不断提升，单位价格的不断下降。据统计，2011年全球太阳能电池的产能已经达到37.2GW，其中中国的产量已经超过世界总产量的一半。在这一背景下，各种太阳能辅助温室大棚应运而生，特别是随着LED照明的发展。随着LED光电转换效率的提升和价格的下降，LED和光伏发电进行了有机的结合，太阳能电池输出直流电，而LED需要直流驱动，光伏输出的直流电无需经过逆变，直接供给LED，不会产生逆变过程中的能量损失。

目前的太阳能辅助照明温室大棚存在着太阳能量的综合利用效率低等问题，主要表现在：太阳能电池的取向是固定的，不同时间区段的受光面积变化非常大，固定的太阳能取向不能满足各个区段的受光方向，带来综合接受能量低的问题；太阳能的光谱利用不科学，大棚上的光伏板专用采光，所有波段都用来发电，光伏板下的大棚内则无法照到光照，导致在大棚上所能安装的光伏板的数量受到限制。

因此，开发出一种既可以兼顾大棚内植物生长、又可以达到太阳能回收利用的综合系统已经成为急需解决的技术问题。中国专利CN103997285A公开了一种用于种植大棚的太阳能综合利用系统，解决了太阳能量综合利用效率低的问题。但上述系统的光谱分光装置是在没有聚焦的情况下进行分光处理，所需的光谱分光机构面积较大，可能会带来较大的成本压力。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种分布式聚光分光的太阳能综合利用系统，通过光学聚光和分光方式进行光伏发电并满足了植物照明的基本需求，实现太阳能高效综合利用。

本发明提出的一种分布式聚光分光的太阳能综合利用系统，包括N个聚光分光模块，每个聚光分光模块包括聚光机构、分光机构和光伏发电装置，其中，分光机构位于聚光机构和光伏发电装置之间，聚光机构的受光面与分光机构的受光面相对设置，在分光机构的受光面设有分光膜，在聚光机构上设有透光孔；聚光机构用于对太阳光进行汇聚并照射到分光机构上，分光机构用于接收聚光机构汇聚的太阳光并通过分光膜进行分光；经分光机构的透射光照射到光伏发电装置上用于光伏发电，经分光机构的反射光穿过聚光机构的透光孔。

优选地，聚光机构的受光面为蝶形曲面，分光机构的受光面为蝶形曲面结构；优选地，聚光机构和分光机构的中心轴线处于同一条直线上；优选地，透光孔与聚光机构同轴设置；优选地，光伏发电装置与聚光机构和分光机构的中心轴线处于同一条直线上；优选地，经分光机构的最大角度范围内的透射光落到光伏发电装置上。

优选地，聚光分光模块还包括散光板，散光板安装在聚光机构的透光孔处，散光板用于接收经分光机构的反射光并将反射光均匀地散射出去。

优选地，聚光机构采用钢化超白玻璃或者化学钢化玻璃，受光面进行镀层处理；优选地，聚光机构的聚光倍率采用X-X。

优选地，分光机构包括分光镜，分光膜覆盖在分光镜表面；优选地，分光镜采用硬质透明材料制成；优选地，分光膜采用光子晶体膜、多层介质膜或多层有机聚合物膜；优选地，分光膜通过粘贴或者真空镀膜方式覆盖在分光镜表面。

优选地，分光膜用于反射预定波长范围的光并透射其余波长范围的光，优选地，根据植物生长所需吸收光谱进行设计分光膜的反射特性，反射特性包括反射光谱、反射光强、反射带宽；优选地，分光膜反射预定波长范围的光包括蓝光和红光；优选地，蓝光包括波长为+/-纳米的蓝光，红光包括波长为+/-纳米的红光。

优选地，光伏发电装置采用单晶背栅电极光伏芯片或多结宽谱太阳能电池；优选地，宽谱太阳能电池采用III-V族材料制成，优选地，采用InGaP/GaAs/Ge材料制成。

优选地，N个聚光分光模块按X×Y的阵列方式排列，其中，X×Y＝N；优选地，还包括跟踪模块，跟踪模块与N个聚光分光模块的聚光机构连接，跟踪模块用于根据太阳光的入射角度调整聚光机构的位置。